甲狀旁腺素促進成骨的研究

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(大連醫科大學附屬第一醫院 骨科，遼寧 大連 116011)

人體成骨作用的增強或是消退取決于體內骨轉換過程中骨吸收與骨形成兩方面綜合作用的結果。現已知多種化學因素，包括激素及其受體、細胞因子、某些細菌代謝物、微量元素等都能參與調節成骨。郭世紱等[1]將促進成骨的生物活性物質分為主要抑制骨吸收和主要促進骨形成的兩大類，前者主要有：雌激素及選擇性雌激素受體調節劑、降鈣素、二磷酸鹽等；后者主要有甲狀旁腺素(PTH)、他汀類化合物、鍶劑、氟化物、護骨素等等。PTH對成骨作用的調節，并非象在甲狀旁腺功能亢進中所觀察到的只能引起骨質疏松，在某些情況下也能促進骨質形成，這一效應近來引起醫學界的注意，目前的研究現狀簡述如下。

1 甲狀旁腺激素(PTH)

Keutmann等1978年首先報道，人PTH的一級結構是由84個氨基酸殘基組成的一條多肽鏈分子[2]；其分子量為9427[3]，其生物活性取決于N端的第1～27位氨基酸。PTH在血循環中主要有4種存在形式:①由84個氨基酸組成的完整肽鏈(I-PTH)；②氨基端PTH(N-PTH)，1-34氨基酸片段；③羧基端PTH(C-PTH)，56-84氨基酸片段；④中段PTH(M-PTH)，18～48或28～48氨基酸片段。 研究表明，I-PTH和N-PTH具有PTH的生物活性。隨著對人PTH氨基端活性片段(N-PTH,hPTH1-34)的研究進展，發現其不同的作用方式對成骨有不同的調節作用。連續高濃度給予rhPTH1-34可使實驗動物成骨減少；而間歇性低劑量給予rhPTH1-34可使動物活體成骨作用增加。

2 PTH與骨代謝

PTH是重要的Ca、P平衡調節劑，PTH能迅速提高骨細胞膜對Ca2+的通透性,使骨細胞膜上的鈣泵活動增強，誘導Ca從基質中快速釋放，將位于骨和骨細胞之間的骨液中的鈣轉運至血液中。

3 PTH與成骨細胞

3.1 現已證實，rhPTH1-34可活化腺苷酸環化酶(AC,參與活化PKA信號轉導通路)和磷脂酶C(PLC，參與活化PKC信號轉導通路)，并且都是通過與G蛋白偶聯的受體(GPCR)結合完成的。正常人血漿PTH濃度約1-5×10-12M。最近的研究表明，在PTH活性肽鏈的濃度為nmol(10-9M)水平時，主要激活PKA通路，而PTH激活PLC在pmol(10-12M)水平上即可發生，這一濃度更接近生理水平;因為在細胞膜上存在P1R(PTH低親和力受體)和P2R(PTH高親和力受體)兩種受體亞型[4],PTH與P1R作用時，羧基端螺旋區第25-34氨基酸殘基形成主要結合位點，10-27氨基酸殘基段形成次要結合位點，從而活化腺苷酸環化酶，激活PKA信號轉導系統，主要促進骨吸收[5]。

3.2 PTH在與P2R結合時，主要由PTH的第20-34氨基酸完成,20-34區域有一個很重要的兩性螺旋結構，與受體結合，引導28-34氨基酸段激活磷脂酶C,發揮生物學作用[6]。磷脂酶C(PLC)催化細胞膜上的磷脂酰肌醇二磷酸(PIP2)裂解成三磷酸肌醇(IP3)和二酰基甘油(DAG),IP3與DAG作為第二信使，IP3打開細胞內部鈣池的鈣離子通道，使鈣離子釋放到細胞質，協同DAG進一步激活蛋白激酶C(PKC)[4],促進骨形成。多個研究印證適當的PTH刺激對成骨細胞具有促分裂增殖作用，PKC信號轉導通路激活與此密切相關；Erclik和Mitchell的研究表明，PTH可通過激活PKC提高骨肉瘤細胞株UMR 106-01表達IGF，而這一作用在PKC基因缺失的UMR106-01細胞中被抑制[7-8];IGF可激發成骨樣細胞增殖、融合和表達分化相關基因；這一作用可被PKC特異抑制劑完全阻斷[9]。Dehong Yang等[10]的研究表明，hPTH1-34不但可引起成骨細胞膜結合PKC激活，而且可通過時間和濃度依賴的方式引起胞漿內磷酸化PKC的增加，從而引起骨鈣素表達增加；這一作用可被PKC特異抑制劑所阻斷。由此可見，介導PTH調節成骨作用的多種細胞信號分子中，PKC起重要作用。

4 PTH濃度時相變化對成骨的影響

常人PTH分泌呈日節律波動，6AM最高，4PM最低，PTH濃度于10-50ng/L(約1-5×10-12M)之間波動。人體內PTH的分泌遵循兩種時相原則:①PTH分泌量在頻繁活動中，這種模式可以調節血鈣平衡。②PTH分泌狀態高度穩定,每天的分泌次數、分泌量都有一定規律，這一模式有助于維持正常骨量及骨代謝。此兩種時相被某種生理“開關”控制，在需要時會相互轉換，因而不同的PTH刺激會有不同的影響成骨的效果[11]。Toshinori以成骨細胞為研究對象得出結論:rhPTH1-34在以48 h為一循環的前6 h給藥時刺激細胞增殖作用最強。韓志巖等[12]的研究表明:PTH刺激成骨細胞增殖與給藥方式及藥物濃度有關，10-11M rhPTH1-34在每24 h為一循環的前12 h給藥,循環3次后，能刺激成骨細胞增殖，而濃度升高至10-7M對成骨細胞增殖卻無影響；而10-7M rhPTH(1-34)72 h持續作用于細胞明顯抑制其增殖,這些結論也與上述理論相符合,但其具體分子機制并未探明。

[1]郭世紱,骨質疏松癥的藥物治療及其理論基礎[J].中華骨科雜志,2004,24:691-695.

[2]Keutmann HT,Sauer MM,Hendy GN etal.Complete amino acid sequence of human parathyroid hormone[J].Biochemistry,1978,17:5723.

[3]Monier,Faugere MC,Geng Z,Mawad H.Improved assessment of bone turnover by the PTH(1-84)/large C-PTH fragments ratio in ESRD patients[J].Kidney Int,2001,60:1460-1468.

[4]Dunlay B and Hruska K.PTH receptor coupling to phospholipase C is An alternate pathway of signal transduction in bone and kidney[J].Am J Physiol,1990,258:F223.

[5]Julie MR,Amareshwar TK,Paula HS.Role of protein kinase A,phospholipase C and phospholipase D in parathyroid hormone receptor regulation of protein kinase Ca and interleukin-6 in UMR-106 osteoblastic cells.Cellular Signalling,2004,16:105-114.

[6]Neugebauer W,Gagnon L,Whitfield J etal.Structure and proteinkinase C stimulating activities of Lactam analogues of human parathyroid hormone fragment[J].Int J Peptide Protein Res,1994,43:555.

[7]Harvey AK,Yu XP,Frolik CA.Parathyroid hormone(1-34) enhances aggrecan synthesis via an insulin-like growth factor-1 pathway.J Biol Chem,1999,13:274.

[8]Kikkawa U,Matsuzaki H,Yamamoto T.Protein kinase C delta (PKC delta):activation mechanisms and functions.J Biochem (Tokyo),2002;132:831-9.

[9]Gabriella C,István BT,Rita M,etal.Insulin-like growth factor-I-coupledmitogenic signaling in primary cultured human skeletal muscle cells and in C2C12 myoblasts[J].A central role of protein kinase Cδ,Cellular Signalling,2006,18:1461-1472.

[10]Yang DH,Guo J,Paola D,Bringhurst FR.Parathyroid hormone activates PKC-δ and regulates osteoblastic differentiation via a PLC-independent pathway.Bone,2006,38:485-496.

[11]Swarthout JT,Doggett TA,Lemker JL,et al.Stimulation of extracellular signal-related kinases and proliferation in rat osteoblastic cells by parathyroidhormone is protein kinase C-independent[J].J Biol Chem,2001:276,7586-7592.

[12]韓志巖.劉景生.人甲狀旁腺素(1-34)對新生Wistar大鼠成骨細胞增殖作用的影響[J].基礎醫學與臨床,1998,18:33-37.